當(dāng)今社會,日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境問題迫使人們探索清潔、可再生能源,以替代傳統(tǒng)的化石能源。氫氣的能量密度高,其燃燒產(chǎn)物為水,近乎零排放,因此,氫能是一種潛力巨大的新型清潔和可再生能源。光電化學(xué)分解水電池可以將世界上總量最大的、可再生的太陽能轉(zhuǎn)化為可以存貯的氫能。發(fā)展高性能的半導(dǎo)體光電極材料（包含光陽極和光陰極材料）是實(shí)現(xiàn)高能量轉(zhuǎn)化效率的光電化學(xué)分解水電池的必經(jīng)之路。理想的光電極材料不僅要有合適的帶隙,還要具備較強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕和光腐蝕的能力。目前報(bào)道的多數(shù)金屬氧化物半導(dǎo)體光電極成本低廉,具有較強(qiáng)的可見光響應(yīng)能力和相對較好的化學(xué)穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性,上述優(yōu)勢使得金屬氧化物半導(dǎo)體光電極有望率先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。然而,目前金屬氧化物光電極的太陽能轉(zhuǎn)化效率與它們理論值還有著比較大的差距,這也是目前大多數(shù)其它類型半導(dǎo)體光電極共同面臨的問題。半導(dǎo)體光電極的光生載流子在其體相和表面復(fù)合,電極表面電荷與水反應(yīng)的勢壘是限制它們性能的主要因素。因此,抑制光生載流子的體相和表面復(fù)合,促進(jìn)光生載流子的分離,提高光電極的表面水反應(yīng)速率是提升半導(dǎo)體光電極性能的主要途徑。本論文以BiV04和CuBi204為研究對象,針對... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：182 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?ｎ型半導(dǎo)體和氧化還原電位不相同的電解液接觸之后的能帶示意圖：（ａ）平帶的情況，??＆和電解液Ｅｒｃｄ（？ｘ的能級位置相等，此時沒有任何電勢的變化，界面處不會形成空間電荷層；??（ｂ）?Ｅｆ的能級位置低于電解液ＥｒｃｄＱＸ的能級位置時形成向下彎曲的空間電荷層（?

和ｎ型半導(dǎo)體構(gòu)成的疊層電池（ｐ－ｎＰＥＣ?ｃｅｌｌ）?［２２，?２３］。這五種類型電池的工作原??理如下：??（１）單個ｎ型半導(dǎo)體（或者ｐ型半導(dǎo)體）與金屬對電極組成的電池，如圖１－３??５??

（或圖１－４）所示。以ｎ型半導(dǎo)體為例，其與電解液、金屬對電極和外加電路構(gòu)成??分解水電池。ｎ型半導(dǎo)體的首要作用是吸光，在吸收能量大于或等于其帶隙的光??子之后，非平衡態(tài)的電子和空穴會分別產(chǎn)生于其導(dǎo)帶和價帶。如圖１－ｌｃ所述，ｎ??型半導(dǎo)體和電解液接觸之后，能帶向上彎曲并產(chǎn)生空間電荷區(qū)，光生載流子在空??間電荷區(qū)的電場作用下分離。光生空穴受電場力的驅(qū)動迀移到半導(dǎo)體與電解液的??界面并與水反應(yīng)產(chǎn)氧。光生電子在空間電荷區(qū)電場的作用下，遷移到導(dǎo)帶基底并??通過外電路到達(dá)對電極，然后與水反應(yīng)產(chǎn)氫。單個ＩＩ型半導(dǎo)體（或者ｐ型半導(dǎo)體）??組成的分解水電池對半導(dǎo)體的要求如下：１、半導(dǎo)體的導(dǎo)帶位置負(fù)于水的產(chǎn)氫電??位，同時其價帶位置正于水的產(chǎn)氧電位，符合熱力學(xué)上的反應(yīng)條件；２、半導(dǎo)體??在４００?ｒｎｎ之后的量子效率要足夠高，這樣才能有效利用太陽光大部分的能量??（４００－８００?ｎｍ）。??？—■＞???＾?Ｚ一??—一麵■?１?麵睡?ＥＦｎ?ｈ２／ｈ＋?＾?———??＼］?＿＿??Ｅｐ

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]（氧）氮化物的制備及其光電化學(xué)水分解性能的研究[D]. 馮建勇.南京大學(xué) 2014



本文編號：3505834